Дифракция звука. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Дифракция звука - отклонение распространения звука от законов геометрической акустики, обусловленное его волновой природой. Результаты Д. з.- расхождение УЗ-пучков при удалении от излучателя или после прохождения через отверстие в экране, загибание звуковых волн в область тени позади препятствий, больших по сравнению с длиной волны

, отсутствие тени позади препятствий, малых по сравнению с

, и т. п. Звуковые поля, создаваемые дифракцией исходной волны на препятствиях, помещённых в среду, на неоднородностях самой среды, а также на неровностях и неоднородностях границ среды, наз. рассеянными полями (см. Рассеяние звука). Для объектов, на к-рых происходит Д. з., больших по сравнению с

, степень отклонений от геом. картины зависит от значения волнового параметра

, где D - поперечник объекта (напр., поперечник УЗ-излучателя или препятствия), r - расстояние точки наблюдения от этого объекта. Вблизи поршневого излучателя звука при

("ближняя", или "прожекторная", зона) поле в осн. образовано цилиндрич. пучком лучей, исходящих из излучателя, и в пределах пучка имеет в целом характер плоской волны с интенсивностью, постоянной по сечению и не зависящей от расстояния, в соответствии с законами геом. акустики, а дифракц. эффекты выражаются только в размывании границ пучка. По мере удаления от излучателя дифракц. эффекты усиливаются, и при Р~1 поле теряет характер плоской волны и представляет собой сложную интерференц. картину. На ещё больших расстояниях, при

("дальняя" зона), пучок превращается в сферически расходящуюся волну с интенсивностью, убывающей как 1/r², и с угл. распределением интенсивности, не зависящим от расстояния (см. Направленность акустических излучателей и приёмников); в этой области поле снова подчиняется законам геом. акустики. Аналогичная картина наблюдается в пучке, вырезаемом из плоской волны отверстием в экране (рис. 1). При размерах излучателя (или отверстия в экране), малых по сравнению с

, прожекторная зона отсутствует и звуковое поле представляет собой расходящуюся волну уже на расстояниях порядка

Рис. 1. Прохождение плоской волны через отверстие в экране при различных соотношениях между размером отверстия и длиной волны звука. Чем меньше отверстие, тем быстрее волна расходится в стороны после прохождения отверстия.

Аналогично размыванию пучка в прожекторной зоне размывается звуковая тень позади препятствия, большого по сравнению с

(рис. 2, о); в области

тень практически исчезает. За препятствием с размерами ~

и меньше звуковая тень практически не образуется (происходит "огибание" препятствия - рис. 2, б).

Д. з. при фокусировке звука приводит к тому, что вблизи фокусов и каустич. поверхностей, на к-рых, согласно геом. акустике, звуковое давление обращалось бы в бесконечность, образуются области давления с повышенными, но конечными значениями. Эти области тем уже, а значения поля в них тем выше, чем меньше

фокусируемого звука.

Рис. 2. а - образование звуковой тени позади препятствия, большого по сравнению с длиной звуковой волны; б - огибание волной малого препятствия.

Расчёт Д. з. обычно базируется на Гюйгенса - Френеля принципе и сводится к определению производительности фиктивных источников, что, как правило, удаётся выполнить только приближённо.

При распространении приблизительно плоских волн (радиус кривизны фронтов велик по сравнению с

, относит. изменение амплитуды вдоль фронта мало на расстоянии

) дифракц. эффекты могут быть рассчитаны как результат поперечной диффузии амплитуды волны вдоль фронта, происходящей согласно обычному ур-нию диффузии, но с мнимым коэф. диффузии (см. Дифракция волн),

Точный расчёт Д. з. удаётся выполнить только в исключит. случаях: для Д. з. на полуплоскости и на клине с идеальными границами, на пилообразных решётках, на отверстии цилиндрич. трубы с тонкими стенками, а также на сфере и др. поверхностях 2-го порядка. С точными решениями можно сравнивать результаты расчёта Д. з. разл. приближёнными методами; они могут использоваться также при оценке дифракции на телах, форма к-рых близка к форме тел, для к-рых имеются точные решения.

Литература по дифракции звука

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.